Hợp tác nghiên cứu phát triển tổ máy thủy điện nhỏ và hệ thống tự động hoá cho trạm thủy điện nghiên cứu hệ thống kích thích và tự động điều chỉnh điện áp cho máy phát trạm thủy điện nhỏ

Tất cả các máy phát đồng bộ đều phải có hệ thống kích thích với bộ AVR hoạt động ở chế độ liên tục Điện áp kích thích ngưỡng ít nhất phải bằng 150% giá trị điện áp kích thích danh định,

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIÊN NÔNGTHÔN

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI

BAO CAO TONG KET CHUYEN DE NGHIEN CỨU

NGHIEN CUU HE THONG KICH THICH VA TU DONG DIEU CHÍNH ĐIỆN ÁP CHO MÁY PHÁT TRẠM THỦY ĐIỆN NHỎ

THUOC DE TAI KHCN CAP NHA NUOC:

“HOP TAC NGHIEN CUU PHAT TRIEN TO MAY THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ

HE THONG TU DONG HOA CHO TRAM THUY DIEN”

Chi nhiém dé tai: THS NGUYEN VU VIET

6925-3 17/7/2008

HA NOI - 2004

MỤC LỤC

L HT KÍCH TỪVÀ AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR) 1

1.1 Nguyên lý và chức năng em 00144438603ecxree 1

1.5 Bộ tự động điều chỉnh điện áp .-. . -s-ssesxxee

1.5.1 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn

1.5.2 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch

1.5.3 Điều chỉnh điện áp theo phương pháp kết hợp -.- -.- -

L6 Kết nối HTKT tới hệ thống giám sát toàn nhà máy (SCADA) 21

1.6 1 Bộ chỉnh lưu kích từ .eccee TH 1 1 re 21

1.6 2 Giao diện với hệ thống SCADA -S-SĂnSSS SH Axesacscee 24

1.6.3 Phương thức giao diện hệ thống - cà kkrrrrke 25

Il MỘT SỐ HỆ THỐNG KÍCH TỪ ĐÃ ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ 26

TI.1 Nguyên lý chung -.-5 - <5 < 9< HH cgRrrAeeekesree 26

1.2 Hệ thống kích từ máy phát điện đồng bộ trạm thủy điện Nà Lòa 30

II BỘ ĐIỀU CHỈNH AVR KỸ THUẬT SỐ TRONG THỰC TẾ 31

HI.1 AVR kỹ thuật số D-AVR -©1-.-2SSCCCtoreeiidrzErrrrirrrrerree 31

IIL2 Giới thiệu về hệ thống D-AVR của các hãng sản xuất nổi tiếng 37

6325 - 3 AG] F108

1 HT KÍCH TỪ VÀ AVR (AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR)

Tất cả các máy phát đồng bộ đều phải có hệ thống kích thích với bộ

AVR hoạt động ở chế độ liên tục

Điện áp kích thích ngưỡng ít nhất phải bằng 150% giá trị điện áp kích thích danh định,khi giá trị điện áp phát lên lưới chỉ khoảng 70% giá trị điện áp

danh định của máy phát

Bộ kích thích phải có khả năng đưa ra dòng không nhỏ hơn khoảng thời gian quá tải trong dây quấn phần ứng của máy đồng bộ

Bộ AVR phải duy trì được điện áp đầu cực máy phát ổn định trong

khoảng +5% giá trị đặt trong toàn bộ thời gian vận hành

Tích hợp cả chức năng ổn định hệ thống PSS (Power System Stabilizer)

Có chức năng hạn chế, bảo vệ thiếu kích từ UEL và quá kích từ OEL (Under Excition Limiter và Over Excition Limiter)

Có mạch bảo vệ đưa ra tín hiệu cảnh báo: quá áp, quá dòng, chạm đất

Bộ AVR cơ bản gồm có một vòng lặp điều chỉnh điện áp bằng các tín

hiệu tích phân tải để đạt được sự ổ định tạm thời và ổn định động Do lường

điện ấp máy phát được thực trên cả ba pha Độ chính xác của điện áp điều chỉnh nằm trong khoảng 5% giá trị cài đặt, trong các chế độ vận hành từ

không tải tới đây tải.

Một tín hiệu điều khiến từ bên ngoài được tác động vào bộ AVR để

thay đổi liên tục giá trị điều chỉnh mẫu mà không cần bất cứ một bộ phận quay nào Một mạch cần có thể được sử đụng để hạn chế độ dốc của tín hiệu

bên ngoài, nếu cần thiết

Bộ AVR được cung cấp với các bộ giới hạn giá trị kích từ min, max và

có thể điều chỉnh; bộ giới hạn cho phép tổ máy vận hành an toàn và ổn định

thậm chí tại các giá trị giới hạn trên và giới kích từ Bộ giới hạn hoạt động sẽ

tác động điều chỉnh các góc mở thyristor Nó có khả năng đưa đường cong

vận hành của bộ giới hạn càng gần với đường cong công suất của tổ máy Do

sự xuất hiện sụt áp tức thời hoặc do ngắn mạch ngoài, bộ giới hạn quá kích từ

sẽ không phản ứng trong khoảng 1s để-cho phép chính xác lại dòng kích từ cưỡng bức

Các giá trị đo lường thích hợp như đo tính trễ của mạng được lấy để đưa vào phục vụ chế độ vận hành dưới kích từ

Hệ thống kích từ có 2 thành phần chính: mạch lực và hệ thống điều

khiển

Mạch lực bao gồm cuộn dây kích từ và mạch chỉnh lưu, cuộn day kích

từ được đạt ở phần quay của máy phát điện — roto, cuộn dây kích từ được đật trên các cực từ lồi hoặc các cực từ ẩn Chỉnh ]ưu cũng được chia ra làm hai loại: chỉnh lưu cơ khí và chỉnh lưu bằng các bộ cầu thyristor + điot có điều khiển Chỉnh lưu cơ khí chính loại chỉnh lưu cổ góp

Hệ thống điều khiển: ở đây chỉ đề.cập đến hệ thống điều khiển của các

khối thyristor, hệ thống điều khiến làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở các thyristor cấp nguồn một chiều cho cuộn kích từ làm việc ổn định trong mọi chế độ vận hành của máy phát điện Hệ thống điều khiển có nhiều phương pháp: phương pháp phức hợp dòng, phức hợp pha, độ lệch và hỗn hợp Trong thực tế hai phương pháp hay được dùng là phức hợp pha và phương pháp hỗn hợp

Trong chế làm việc bình thường điều chỉnh đòng kích từ sẽ điều chỉnh

được điện áp đầu cực máy phát, thay đổi lượng công suất phản kháng phát vào

lưới Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) làm việc nhằm giữ điện áp

không đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tải biến động Ngoài ra TĐK còn nhằm các mục đích nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ máy phát điện vào hệ thống, đặc biệt khi nhà máy nối với hệ thống qua đường dây dài, đảm

bảo ổn định tính, nâng cao tính ổn định động

Trong chế độ sự cố (ngắn mạch trong lưới .) chỉ có bộ phận kích thích cưỡng bức làm việc chủ yếu, nó cho phép duy trì điện áp của lưới, giữ ổn định cho hệ thống

Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào đặc trưng và thông

số của hệ thống kích từ cũng như kết cấu của bộ phận TĐK

Để cung cấp tin cậy dòng một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát

điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với công suất định mức

đủ lớn Thông thường đòi hỏi công suất định mức của hệ thống kích từ bằng (0,2 — 0,6)% công suất định mức máy phát điện

Việc tạo ra các hệ thống kích từ có công suất lớn như vậy thường gặp khó khăn Đó là vì công suất chế tạo các máy phát điện một chiều bị hạn chế bởi điều kiện làm việc của bộ phận đổi chiều Khi công suất lớn bộ phận này làm việc kém tin cậy và mau hỏng do tia lửa phát sinh Với các máy phát điện công suất lớn, người ta phải áp dụng các hệ thống kích từ dùng máy phát điện

xoay chiều và chỉnh lưu

Ngoài công suất định mức và điện áp định mức, hệ thống kích từ còn được đặc trưng bằng hai thông số quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn

Usen và hằng số thời gian T,

Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất có thể tạo ra được

của hệ thống kích từ Điện áp này càng lớn thì phạm vi điều chỉnh dòng kích

từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh Đối với mấy phát tubin

hơi thường có Ủy, > 2U„„ còn ở máy phát điện thuỷ điện U;„ > 1,8Ũz„ Trong nhiều trường hợp, để áp ứng yêu cầu cần ổn định hệ thống người ta chế

tạo Uy, = (3 - 4)Uz„ Tuy nhiên, U càng lớn đòi hỏi hệ thống kích từ phải có

khả năng cách điện càng cao.

Hằng số thời gian T, đặc trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ, nó xác

định bởi quán tính điện từ của các cuộn dây điện cảm T, có giá trị càng nhỏ thì tốc độ điều chỉnh kích từ càng nhanh Người ta đặc trưng tính tác động nhanh của hệ thống kích từ bằng tốc độ tăng điện áp kích từ khi kích thích cưỡng bức:

UD) = seh — Uren - y„)£

Trong đó: T, hằng số thời gian của hệ thống kích từ

Trong trường hợp nay, dé dàng thay rang t, = T, That vay ta co:

UAT) = Vsgn —Urgn - Usamde”' = Usam + 9,632( Urs, - Usa)

Từ đó thấy rằng T, có quan hệ với v:

_ 0,632 yy = Ưu, )

Uư„T,

v

Công thức trên cho thấy, tốc độ tăng điện áp kích thích càng nhanh khi

Uy, càng lớn, còn hằng số thời gian T, càng nhỏ Các tham số này phụ thuộc vào kết cấu của nguyên lý và làm việc cuả hệ thống kích từ cụ thể

I 2 Các hệ thống kích từ và đặc điểm

1.2.1 Các đặc tính của hệ thống kích từ

Để đảm bảo tác động điều chỉnh trong quá trình quá độ, khi điện áp có

những biến động lớn hệ thống kích từ phải thoả mãn các chỉ tiêu sau:

4

4 Điện áp kích thích giới hạn Uựu

¿„„ điện áp kích từ danh định ở chế độ phụ tải danh định của máy phát

điện và ro to máy phát ở tráng thái nóng

Thường yêu cầu trị số của Ú;„„ và l; „- không được bé hơn 2 đối với tất

cả các loại máy phát điện và máy bù đồng bộ

Các hệ thống kích từ kiểu máy điện thường có U; „« = I„„ Các hệ thống kích từ kiểu chỉnh lưu có thể đạt được trị số U;„„ > 4 và tốc độ tang của

đòng kích rất lớn

c Tốc độ tăng của điện áp kích từ

Tốc độ tăng của điện áp kích từ đặc trưng cho tính tác động nhanh của

hệ thống kích thích

Khi xẩy ra cưỡng bức kích từ (khẳng định từ chế độ kích từ danh định

trước đó) điện áp kích từ sẽ thay đổi từ trị số danh định U„ đến trị số giới hạn

U;„„, mức tăng điện áp kích từ ở chế độ giới hạn bằng:

5

i

|

‡ {

OaT+At T+At

Đại lượng phụ thuộc vào hiệu số giữ diện tích tam giác S,„ và diện tích tích phân của đường cong tăng trưởng thực tế của điện áp kích từ trong thời gian Oe=T;

AS= Thục - Snabe

Ta có: Ar=SŠ

ic

Khi < 20% S,,, c6 thé xem At=0 va V, = 0,632

Đối với các hệ thống kích từ hiện đại yêu câu tốc độ danh định tăng điện áp kích từ không bé hơn 2 đơn vị tương đối/ giây

1.2.2 Các hệ thống kích từ

a Hệ thống kích từ bằng máy phát điện một chiều

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống kích bằng máy phát điện một chiều trình

Ìmx ler

+

Uf -—| TDK KT2 KTI (=} -——- (Yo

Sơ đồ hệ thống kích từ bằng máy phát điện một chiều

Máy phát điện một chiều có hai cuộn kích thích KT; và KT, Cu6n kích

thích KT; nối song song với phần ứng qua điện trở điều chỉnh Rdc, dam bao tu

kích thích cho máy điện một chiều Cuộn kích thích KT; nối với đầu ra của máy tự động điều chỉnh kích từ TDK

xác định bằng điểm cắt nhau của đường cong kích từ và đường thẳng đặc tính

ngoài của cuộn kích thích song song KT,

Ở chế độ ban đầu với dòng điện kích thích của máy kích thích ¡„„ và trị

số của điện trở điều chỉnh R„ điện áp trên cực của máy kích thích (và cũng là

điện áp đặt vào cuộn roto của máy phát điện đồng bộ là Ú;, Khi khởi động

máy phát điện, dòng điện kích thích ban đầu do từ dư của máy kích thích tạo

nên)

Điện áp trên cực của máy phát điện tương ứng với từ dư ban đầu của

máy kích thích bằng khoảng (0,05 ~ 0,2)U„¿¿ khi xuất hiện điện áp kích thích,

quá trình tự kích sẽ làm cho điện áp trên cực máy kích thích tăng nhanh đến

trị số Ư,,, tương ứng với điểm cắt nhau của đường cong từ hoá và đặc tính ngoài i, (r„ + Ry.) clla máy kích thích Khi giảm trị số của điện trở điều chỉnh Rạ„ độ rốc của đặc tính ngoài sẽ giảm làm cho điện áp trên cực máy kích thích

U;, tang

Khi R„ = 0, tương ứng với trường hợp kích thích cưỡng bức (hoặc giới hạn) ta có các trị số dòng điện kích thích giới hạn i„„„ và điện áp kích thích giới hạn ru,

b Hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiêu tần số cao

Các máy phất điện tua bin hơi công suất từ 150 — 800MW đòi hỏi công

suất kích từ khoảng 0,4 — 0,6% (đôi khi còn lớn hơn) công suất danh định của

máy phát Việc chế tạo máy kích thích một chiều với công suất như vậy, sẽ rất phức tạp về kết cấu (đặc biệt hệ thống thanh góp chổi than) và không kinh tế

Vì vậy đối với các máy phát nhiệt điện công suất lớn người ta kích thích bằng máy phát điện xoay chiều tần số cao

Sơ đồ hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiều tần số cao

Hình trên, trình bầy sơ đồ nguyên lý của hệ thống kích từ bằng máy

phát điện xoay chiều tần số cao kiểu cảm ứng Cuộn dây phần ứng (cuộn lực)

và các cuộn kích thích và cuộn điều khiển đều đặt trên stato Roto được chế tạo như một bánh răng Từ thông do cuộn kích thích sinh ra sẽ móc vòng qua cuộn day ba pha xoay chiều của stato và bánh răng của roto Roto được nối đồng trục với roto máy phát điện, khi quay răng và rãnh roto sẽ tạo nên từ trở khác nhau đốt với từ thông móc vòng làm cho từ thông này đập mạch với tần

số bằng tích của tần số đồng bộ và số răng của roto Thông thường người ta chế tạo roto có 8 hoặc 10 răng, tương ứng với tần số của đòng điện cảm ứng trong cuộn day roto cla may của máy kích thích 400 — 500Hz

Cuộn dây ba pha của stato máy kích thích có hai nhánh, mỗi nhóm

nhánh (chắn, lẻ) nối với một cầu chỉnh lưu tương ứng Các cầu chỉnh lưu

CL,va CL¿ mắc nối tiếp nhau tạo nên điện áp tăng gấp đôi đặt vào cuộn dây roto cla may phát điện đồng bộ

Máy kích thích xoay chiều tần số cao có ba cuộn dây kích thích Cuộn

kích từ chính KT( nối tiếp với cuộn day roto cha may phát điện đồng bộ có đồng điện chỉnh lưu chạy qua tạo nên từ thông kích thích chính cho máy kích

thích Ảnh hưởng của từ thông kích thích chính này có thể điều chỉnh được

bằng điện trở mắc song song với cuộn kích thích chính KT,

Cuộn kích từ phụ KT; có từ thông bổ trợ cho từ thông của cuộn kích từ chính KT, để làm tăng giới hạn kích từ trong chế độ kích thích cưỡng bức

9

Cuộn kích từ phụ KT; được đấu với đầu ra của máy tự động điều chỉnh

kích từ TĐK, từ thông của cuộn này thường ngược chiều với từ thông của cuộn kích từ chính KT; Trong một số trường hợp người ta dùng thêm máy kích từ

phu (MKTP), được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

c Hệ thống kích từ không chổi than

Sơ đồ hệ thống kích từ không chổi than

Việc đưa dòng điện kích từ vào cuộn dây roto của máy phát điện thông qua chổi điện và vòng trượt đối với các máy phát có công suất kích từ lớn sẽ

dẫn đến nhiều nhược điểm trong vận hành (hao mòn chối than, vòng trượt và

tia lửa điện gây nhiễu trong vận hành) Hệ thống kích từ không chổi than khắc phục được nhược điểm này Cuộn dây ba pha phần ứng của máy kích thích xoay chiều cùng với bộ chỉnh lưu không điều khiển (CL,) được đặt trên thân

roto và được nối trực tiếp với cuộn đây roto Cuộn dây kích từ của máy kích thích được đặt cố định Dòng kích thích được cung cấp từ máy kích từ phụ MKTP xoay chiều kiểu cảm ứng tần số cao (400 — 500) Hz qua bộ chỉnh lưu

không điều khiển CL„ Dòng xoay chiều tần số cao được điều khiển bằng bộ

chỉnh lưu thyristor CLạ có cực điều khiển nối với máy tự động điều chỉnh kích

từ TĐK Nguyên lý làm việc của máy kích từ phụ MKTP được trình bầy như mục trên Hệ thống kích từ không chối than được sử dụng cho các máy phát tuabin hơi có công suất lớn

10

4d Hệ thống kích từ bằng dòng điện chỉnh lưu

Trong các nhà máy điện nói chung và các nhà máy thuỷ điện nói riêng, vấn đề duy trì điện áp đầu cực máy phát ổn định (liên quan đến tần số phát) và bằng với điện áp định sẵn là rất quan trọng, hệ thống kích từ máy phát phải đâm bảo điều này bằng cách thay đổi giá trị của bộ bù tổng trở khi máy phát vận hành hoặc cách ly với hệ thống và các máy cắt đường dây truyền tải đóng hoặc mở Thành phần quan trọng nhất trong hệ thống là các cầu chỉnh lưu thyristor va b6 tr dong điều chỉnh dién 4p AVR (Automatic Voltage Regulator)

Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn điện áp đầu cực máy phát điện qua máy biến áp kích từ BKT và bộ chỉnh lưu thyristor, được trình bẩy ở hình

dưới :

Chỉnh lưu

Th:

Sơ đồ hệ thống kích từ bằng đòng điện chỉnh lưu

Điện áp đầu cực máy phát điện thay đổi trong một giới hạn hẹp, để thay

đối được dòng điện kích từ trong một giới hạn rộng, tín hiệu điều khiển từ

máy tự động điều chỉnh kích từ TĐK tác động vào cực điểu khiển của

thyristor để thay đổi góc mở của chúng

Nếu một bộ chỉnh lưu thyristor không đảm bảo được độ rộng của dải

điều chỉnh thì người ta dùng hai bộ chỉnh lưu: một đảm bảo dài điều chỉnh từ

11

chế độ bình thường cung cấp khoảng 50 — 70% dòng điện kích thích Bộ chỉnh

lưu thứ hai làm nhiệm vụ kích thích cưỡng bức trong các chế độ sự cố

Trong chế độ làm việc bình thường bộ chính lưu thứ hai cung cấp

khoảng 30 — 50% dòng điện kích thích, còn ở chế độ kích thích cưỡng bức (thyristor được mở hoàn toàn) điện áp trên cực của cuộn dây roto có thể tăng ngắn hạn lên đến bốn lần (đối với máy phát thuỷ điện) hoặc 2 —- 2,5 lần (đối

với máy phát nhiệt điện) điện áp kích từ danh dinh Uae

Trong nhiều trường hợp người ta còn cộng thêm vào nguồn điện áp xoay chiều trước chỉnh lưu thành phần điện áp tỷ lệ với đòng điện trong cuộn đây stator máy phát điện thông qua các biến dòng đặt ở phía trung điểm của máy phát Thành phần điện áp này làm nhiệm vụ bù dòng điện trong chế độ bình thường và tăng hiệu quả cưỡng bức kích thích khi có ngắn mạch gần đầu cực máy phát điện, khi ấy điện áp đầu cực máy phát điện giảm thấp, còn dòng điện trong cuộn dây sẽ tăng cao

Hiện nay hầu hết các máy phát điện đồng bộ đều đùng loại kích từ tĩnh

Dùng hệ thống thyristor có điều khiển cấp nguồn một chiều cho cuộn kích

Đặc biệt hơn, với kiểu cấp nguồn kích từ này cố nhiều ưu điểm Ta xét nhiều đến hệ thống kích từ kiểu này

1.3 Tinh nang cha hé thống kích từ

Mỗi tổ máy tua bin - máy phát được cung cấp một hệ thống kích từ hoàn chỉnh kiểu điện tử kỹ thuật số, có thể được giám sát bởi hệ thống SCADA tại phòng điều khiển trung tâm, bao gồm cả bộ điều chỉnh điện áp tự

động tốc độ cao đầu ra của bộ kích từ tính phải được đấu nối đến vành góp

của máy phát thông qua hộp đấu dây lắp đặt trên khung máy phát

Hệ thống kích từ được cấp nguồn từ hệ thệ thống điện tự dùng tổ máy

và máy biến áp kích từ Kích từ ban đầu trong thời gian bắt đầu tự kích nguồn được lấy từ một trạm 4c quy 220VD.C Giá trị đòng điện và điện áp kích từ thường lớn hơn các giá trị định mức tối thiểu là 20% và 10%

Hệ thống kích từ cung cấp nguồn một chiều tạo từ trường cho máy phát đồng bộ để đạt được phạm vi công suất máy phát như đã quy định và ổn định

12

điện áp máy phát để vận hành phù hợp trong hệ thống điện và máy phát được nối vào

Trong trường hợp tần số máy phát gia tăng tới giá trị tương ứng với sự

gia tăng tốc độ lớn nhất do máy phát mất phụ tải, hệ thống kích từ sẽ nhanh

chĩng phục hồi điện áp đến giá trị định mức và giữ ổn định

Hệ thống kích từ cĩ khả năng thực hiện các chức năng chính xác trong khoảng thời gian cĩ các nhiễu loạn quá độ, vị dụ như, ngắn mạch trong hệ thống điện cao áp, thơng thường thiết bị bảo vệ sẽ giải trừ sự cố trong 0,125s

Điện áp trần của điện áp kích từ khơng nhỏ hơn 2 lần giá trị tương ứng

với điện áp đầu cực máy phát định mức và hệ số cơng suất 0,85 quá kích từ hộc kém kích từ

Sự tắt dần của các dao động giữ máy phát và hệ thống điện cĩ giá trị

tích cực tại mọi thời điểm và dưới tất cả các điều kiện vận hành trong khả nang của máy phát Hệ thống kích từ sẽ chi phối sự suy giảm dao động dưới các điều kiện như vậy và các tín hiệu phản hồi là tín hiệu ổn định nhận được từ gĩc quay giữa roto và stator hoặc là cơng suất máy phát phải được cung cấp cho hệ thơng kích từ

Trong trường hợp cĩ sự thay đổi nhanh cơng suất tua bin do bộ điều tốc làm việc, sự biến đổi điện áp đầu cự máy phát nhờ tác động của các tín hiệu

phản hồi được hạn chế để khơng vượt quá 2% khi máy phát được nối vào hệ

thống điện

I.4 Thành phần chính của hệ thống kích từ

Thiết bị bao gồm máy biến áp kiểu khơ, các bộ chỉnh lưu thyristor, bộ

điều chỉnh tự động điện áp AVR, bộ phận diệt từ, thiết bị bảo vệ quá ấp và tất

cả các trang bị cần thiết cho việc điều khiển, bảo vệ hệ thống kích từ và máy phát trong các điều kiện vận hành bình thường và sự cố

Thiết bị kích từ ban đầu sẽ cung cấp dịng kích từ định mức thích hợp,

đảm bảo chắc chấn và ổn định phát xung mở cơ cấu chỉnh lưu thyristor Thiết

bị cho phép kích hoạt các thiết bị kích thích từ các nguồn tạm thời bên ngồi

với cơng suất dịng kích từ liên tục tới 1,2 lần cơng suất định mức và cĩ thể

13

điều chỉnh liên tục với các bước điều chỉnh 10% đến 100% điện áp đầu cực máy phát, để kiểm soát sự bão hoà máy phát và thử nghiệm đặc tính trở kháng

trong thời gian vận hành

Tất cả các tính năng điều khiển, bảo vệ và hoạt động của thiết bị tương thích với chế độ điều khiển từ xa từ phòng điều khiển nhà máy Điều khiển từ

xa được giới hạn một trong vài điều kiện , chẳng hạn như chỉ với chức năng như “khởi động — dừng” và “tăng - giảm” thông qua bộ điều chỉnh tự động

điện áp và điều khiển bằng tay biến trở tăng - giảm Thiết bị kích từ được thiết

kế để có đủ khả năng khởi động và vận hành ứng với công suất nguồn hạn chế

và phải độc lập với nguồn tự dùng xoay chiều AC của nhà máy

L5 Bộ tự động điều chỉnh điện áp

Đối với các máy phát đồng bộ hiện nay có thể được lắp đặt các hệ thống

tự động điều chỉnh điện áp dựa trên một trong ba nguyên nhân sau đây:

+ Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn

+ Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo độ lệch

+ Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo phương pháp kết hợp giữa

độ lệch và nhiễu loạn

15.1 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn

a.Hé thong phitc hop dong

Một trong những hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu là hệ thống phức hợp dòng, hệ thống phức dòng có hai phản hồi chính đó là phản hồi

chính đó là phản hồi áp và phản hồi dòng

Nhu vậy, hệ thống phức hợp dòng là hệ thống mà tin hiéu dong va tin

hiệu áp được cộng lại phía một chiều

Sơ đồ một dây của hệ thống phức hợp đòng có thể được mô tả như sau:

14

KT

Với cấu trúc như vây, hệ thống chỉ có thể cảm biến được độ lớn của

đồng tải

Hệ thống phức hợp dòng chỉ có khả năng giữ ổn định được điện áp khi

dòng tải thay đổi Vì vậy, không được ứng dụng trong các tổ máy đồng bộ

b Hệ thống phức hợp pha

Một trong những hệ thống điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn thường

được ứng dụng nhất là hệ thống phức hợp pha, do tính ưu việt của nó Hệ

thống phức hợp pha bao gồm hai phản hồi chính: phản hồi điện áp và phản hồi

dòng Vậy, hệ thống phức hợp pha là hệ thống mà tín hiệu dòng và tín hiệu áp cộng pha với nhau (cộng phía AC)

Hệ thống phức hợp pha có thể chia làm hai loại:

* Hệ thống phức hợp pha song song là hệ thống mà có tín hiệu dòng và tín hiệu áp song song cung cấp cho cuộn kích từ

Trong đó v, — hệ số truyền đạt của biến đồng

1 - tín hiệu biến dòng

u - điện ấp máy phat

1, - dòng đi qua cuộn cảm(chính là lấy tín hiệu áp)

R¿ - điện trở của cuộn kích từ

* Hệ thống phức hợp pha nối tiếp

Hệ thống phức hợp pha nối tiếp là hệ thống có tín hiệu đòng và tín hiệu

ấp cộng nối tiếp với nhau cung cấp cho cuộn kích từ (cộng áp)

Kết luận: Từ hai biểu thức 1 và 2 ta nhận thấy rằng chức năng của cuộn

XX„ ở sơ đồ a được thay thế bằng X, trong sơ đồ b và dòng kích từ phụ thuộc

các tín hiệu áp và dòng của máy phát và trị s6 cha cia X,, va X, Từ hai biểu thức trên ta thấy hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo phương pháp phức hợp pha nối tiếp và phương pháp phức hợp pha song song có thể giữ ổn định điện áp với mọi giá trị của dòng tải và tính chất của dòng tải Trong thức tế

thường sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo phương pháp phức

hợp pha song song là chủ yếu

Ta chứng mình, tính chất giữ ổn định điện áp của hệ thống phức hợp

pha khi mà giá trị và tính chất của dòng tải thay

+ Ta xét: Dong tai I, = Var, din dén dong kich ta I, = Var

Xét máy phát 3 pha, vì máy phát ba pha là như nhau Do đó, ta chỉ cần xét một pha là đủ, giả sử ở pha A

Ta thấy trên đồ thị vectơ:

líu)

Khi tăng tải lên thì tại thời điểm tức thời giá trị I(u) sẽ nhỏ đi nhưng sẽ

trở lại ban đầu

17

Khi Coso = Var khi 46 I, = Var dé u = const

Khi giảm tải ta có giá trị I,

chính xác điều chỉnh kém, hệ thống thường cồng kênh và khả năng tự kích

ban đầu không tốt Do khả năng tự kích ban đầu kém nên thường lắp đặt thêm

các phần tử để cải thiện quá trình tự kích ban đầu, có một số cách sau:

+ Giảm tính phi tuyến của mạch kích từ

+ Thay đổi đặc tính mạch kích từ trong giới hạn tự kích

+ Gia tăng từ dư ban đầu

+ Cấp điện áp từ một nguồn khác cho mạch kích từ, tại thời điểm ban

đầu

+ Lam tăng phản hồi dòng bằng cách làm ngắn mạch máy phát tại thời điểm ban đầu

1.5.2 Hệ thống tự động điều chính điện áp theo độ lệch

Độ chính xác của hệ thống phức hợp kém nên trong thực tế người ta áp

dụng nguyên tắc điều chỉnh theo nguyên tắc độ lệch Hệ thống điều chỉnh

điện áp theo độ lệch được gọi là hệ thống vạn năng, vì nó có khả năng giữ ổn định điện áp của máy phát do bất cứ nguyên nhân gì

18

Ta có, sơ đồ nguyên lý của hệ thống

này được đưa đến điều khiển BRĐ - ta gọi là phần tử thực hiện, quyết định cho

dòng kích từ phù hợp có xu hướng làm giảm dòng chênh lệch AU

Dùng mạch từ:

19